压电换能器状态监测制造技术

一种工业过程现场设备，包括压电换能器、传感器电路、测试电路、控制器和通信电路。传感器电路基于压电换能器两端的电压生成指示过程变量的传感器信号。测试电路被配置为：向压电换能器施加具有脉冲电压的电压脉冲从而诱发产生响应信号；并捕获响应信号的峰值正电压和峰值负电压。控制器基于峰值正电压、峰值负电压和脉冲电压来计算压电换能器的当前状态值，并且基于当前状态值和与正确操作的压电换能器相对应的参考状态值的比较来生成诊断测试结果。通信电路通过过程控制回路将过程变量和诊断测试结果传送到外部控制单元。和诊断测试结果传送到外部控制单元。和诊断测试结果传送到外部控制单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电换能器状态监测


[0001]本公开的实施例涉及工业过程现场设备，并且更具体地，涉及工业过程现场设备的压电换能器的监测。

技术介绍

[0002]工业过程控制和监测系统中使用的工业过程现场设备通常包括对过程变量作出响应的感测元件或换能器、以及用于将所感测的变量转换为变送器输出的信号调节和处理电路，变送器输出是所感测的过程变量的函数。术语“过程变量”是指物质的物理或化学状态或能量的转换。过程变量的示例包括压力、温度、流量、电导率、PH和其他属性。过程变送器通常用于监测过程变量并将测量值发送回化学、石油、天然气、制药或其他流体处理厂中的控制室。
[0003]工业过程现场设备中使用的一种常见换能器是压电换能器。压电换能器可以用于检测所施加的力，例如由压电换能器所附接的对象的运动或振动产生的力。对象的运动使压电换能器在换能器的端子两端生成电压，电压的大小与施加到换能器的力的程度相对应。使用压电换能器形成的传感器可以被配置为检测工业过程变量，例如流体流速。
[0004]压电换能器有可能发生故障或失效。这种故障会导致错误的过程变量测量。由熟练的技术人员对现场设备进行例行测试可能会有助于检测设备的故障的压电换能器，但是这种测试需要将现场设备从服务中移除并运送到测试设施。

技术实现思路

[0005]本公开的实施例总体涉及用于对压电换能器执行诊断测试的工业过程现场设备和方法。用于感测过程变量的工业过程现场设备的一个实施例包括压电换能器、传感器电路、测试电路、控制器和通信电路。传感器电路在感测模式下操作压电换能器，并且被配置为基于压电换能器两端的电压生成指示过程变量的传感器信号。测试电路在测试模式下操作压电换能器，并且被配置为：向压电换能器施加具有脉冲电压的电压脉冲，电压脉冲使压电换能器变形并诱发压电换能器产生响应信号；捕获响应信号的峰值正电压；以及捕获响应信号的峰值负电压。控制器被配置为基于峰值正电压、峰值负电压和脉冲电压来计算压电换能器的当前状态值，并且基于当前状态值和与正确操作的压电换能器相对应的参考状态值的比较来生成诊断测试结果。通信电路被配置为通过过程控制回路将过程变量和诊断测试结果传送到外部控制单元。
[0006]在用于测试工业过程现场设备中的压电换能器的状态的方法的一个实施例中，使用现场设备的感测电路在感测模式下操作压电换能器，包括基于压电换能器两端的电压来生成指示过程变量的传感器信号。使用现场设备的测试电路在测试模式下操作压电换能器，包括：向压电换能器施加具有脉冲电压的电压脉冲，电压脉冲使压电换能器变形；响应于电压脉冲从压电换能器生成响应信号；使用测试电路捕获响应信号的峰值正电压；以及使用测试电路捕获响应信号的峰值负电压。使用现场设备的控制器来生成压电换能器的诊
断测试结果，包括：基于峰值正电压、峰值负电压和脉冲电压来计算压电换能器的当前状态值；以及基于当前状态值和与正确操作的压电换能器相对应的参考状态值的比较来生成诊断测试结果。使用现场设备的通信电路通过过程控制回路将过程变量和诊断测试结果传送到外部控制单元。
[0007]工业过程现场设备的一个实施例是涡街流量计的形式，该涡街流量计包括外壳、涡街发生体和涡街频率传感器。外壳具有管状内部腔体。涡街发生体由外壳支撑并延伸到管状内部腔体中。涡街频率传感器由外壳支撑在涡街发生体相对于流体流的下游侧，并且包括从管状内部腔体的壁延伸出的梁以及压电换能器，梁被配置为响应于由涡街发生体产生的流体流的涡流而振荡。涡街流量计还包括传感器电路、测试电路、控制器和通信电路。传感器电路被配置为在感测模式下操作压电换能器，其中传感器电路基于压电换能器两端的电压生成指示梁的振荡运动的频率的传感器信号。测试电路被配置为在测试模式下操作压电换能器，其中测试电路：向压电换能器施加具有脉冲电压的电压脉冲，电压脉冲使压电换能器变形并且诱发压电换能器产生响应信号；捕获响应信号的峰值正电压；以及捕获响应信号的峰值负电压。控制器被配置为：基于传感器信号来计算流体流的流速；基于峰值正电压、峰值负电压和脉冲电压来计算压电换能器的当前状态值；以及，基于当前状态值和与正确操作的压电换能器相对应的参考状态值的比较来生成诊断测试结果。通信电路被配置为通过过程控制回路将流量和诊断测试结果传送到外部控制单元。
[0008]提供了本
技术实现思路
以用简化形式介绍对下面在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本
技术实现思路
不意在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决
技术介绍
中指出的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
[0009]图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量系统的简化图。
[0010]图2是示出了根据本公开的实施例的用于测试工业过程现场设备的压电换能器的状态的示例性方法的流程图。
[0011]图3和图4是根据本公开的实施例的包括示例性传感器电路和示例性测试电路(其中，压电换能器分别在感测模式和测试模式下操作)的电路的简化图。
[0012]图5是示出了根据本公开的实施例的示例性电压脉冲和来自压电换能器的对应响应信号的电压随时间变化的图。
[0013]图6是根据本公开的实施例的示例性涡街流量计的简化前视图。
[0014]图7是根据本公开的实施例的通常沿着线7
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7截取的图6的涡街流量计的顶部截面图。
具体实施方式
[0015]以下将参考附图更全面地描述本公开的实施例。使用相同或相似附图标记标识的元件是指相同或相似的元件。本公开的各种实施例可以以许多不同形式来体现，并且不应被为解释为限于本文所阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开是全面和完整的，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
[0016]图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量系统100的简化图。系统100可以用于材料(例如，过程介质)的处理中，以将材料从价值较低的状态转变成价值更高和有用的产品，例如石油、化学制品、纸张、食品等。例如，系统100可以用在执行工业过程的炼油厂中，该工业过程可以将原油处理成汽油、燃油和其他石化产品。
[0017]系统100包括现场设备102(例如，过程变送器)，其利用压电换能器104来感测过程变量，例如与过程介质106相关的变量。现场设备102包括用于通过合适的过程控制回路与外部计算机化的控制单元110进行通信的通信电路108。控制单元110可以位于远离设备102的位置处，例如位于用于系统100的控制室112中，如图1所示。
[0018]在一些实施例中，过程控制回路包括物理通信链路(例如，两线控制回路114)或无线通信链路。可以根据常规的模拟和/或数字通信协议通过控制回路114执行控制单元110或另一外部计算设备与现场设备102之间的通信。在一些实施例中，两线控制回路114包括4
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20毫安控制回路，其中过程变量可以由流过两线控制回路114的回路电流I的水平表示。示例性数字通信协议包括例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于感测过程变量的工业过程现场设备，包括：压电换能器；传感器电路，被配置为在感测模式下操作所述压电换能器，其中，所述传感器电路基于所述压电换能器两端的电压生成指示所述过程变量的传感器信号；测试电路，被配置为在测试模式下操作所述压电换能器，其中，所述测试电路：向所述压电换能器施加具有脉冲电压的电压脉冲，所述电压脉冲使所述压电换能器变形并且诱发所述压电换能器产生响应信号；捕获所述响应信号的峰值正电压；以及捕获所述响应信号的峰值负电压；控制器，被配置为：基于所述峰值正电压、所述峰值负电压和所述脉冲电压来计算所述压电换能器的当前状态值；以及基于所述当前状态值和与正确操作的压电换能器相对应的参考状态值的比较来生成诊断测试结果；以及通信电路，被配置为通过过程控制回路将所述过程变量和所述诊断测试结果传送到外部控制单元。2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述响应信号的所述峰值正电压与所述电压脉冲的上升时间相对应；以及所述响应信号的所述峰值负电压与所述电压脉冲的下降时间相对应。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测试电路包括：脉冲生成器，被配置为生成所述电压脉冲；参考电阻，所述响应信号通过所述参考电阻；峰值正电压检测器，被配置为捕获所述参考电阻两端的所述峰值正电压；以及峰值负电压检测器，被配置为捕获所述参考电阻两端的所述峰值负电压。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述当前状态值是基于所述峰值正电压和所述峰值负电压的绝对值之和与所述脉冲电压之比来计算的。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述测试电路包括：反相器，被配置为使所述峰值负电压反相；以及加法器，被配置为将所述峰值正电压与反相的所述峰值负电压相加。6.根据权利要求4所述的设备，其中，当所述当前状态值与所述参考状态值之间的差超过阈值时，所述诊断测试结果指示所述压电换能器的所述状态异常。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述阈值和所述参考状态值存储在所述控制器能够访问的计算机可读介质中。8.根据权利要求3所述的设备，还包括：开关，被配置为将所述设备在所述感测模式和所述测试模式之间进行转换，其中：当在所述感测模式下时，所述开关将所述压电换能器的第一端子耦接到所述传感器电路，并且将所述压电换能器的第二端子耦接到电接地；以及当在所述测试模式下时，所述开关将所述压电换能器的所述第一端子耦接到所述脉冲生成器，并且将所述压电换能器的所述第二端子耦接到所述参考电阻、所述峰值正电压检
测器和所述峰值负电压检测器。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述工业过程的所述过程变量包括过程介质的流速。10.一种用于测试工业过程现场设备中的压电换能器的状态的方法，所述方法包括：使用所述现场设备的感测电路在感测模式下操作所述压电换能器，包括基于所述压电换能器两端的电压生成指示过程变量的传感器信号；使用所述现场设备的测试电路在测试模式下操作所述压电换能器，包括：向所述压电换能器施加具有脉冲电压的电压脉冲，所述电压脉冲使所述压电换能器变形；响应于所述电压脉冲从所述压电换能器生成响应信号；使用所述测试电路捕获所述响应信号的峰值正电压；以及使用所述测试电路捕获所述响应信号的峰值负电压；使用所述现场设备的控制器生成所述压电换能器的诊断测试结果，包括：基于所述峰值正电压、所述峰值负电压和所述脉冲电压来计算所述压电换能器的当前状态值；以及基于所述当前状态值和与正确操作的压电换能器相对应的参考状态值的比较来生成所述诊断测试结果；以及使用所述现场设备的通信电路通过过程控制回路将所述过程变量和所述诊断测试结果传送到外部控制单元。11.根据权利要求10所述的方法，其中：所述响...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉迪迷尔，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：